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preface vii
1. introduction 1
¡¡1.1 fundamental forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
¡¡¡¡1.1.1 the gravitational force . . . . . . . . . . . . . . 2
¡¡¡¡1.1.2 the weak nuclear force . . . . . . . . . . . . . . 2
¡¡¡¡1.1.3 the electromagnetic force . . . . . . . . . . . . . 3
¡¡¡¡1.1.4 the strong nuclear force . . . . . . . . . . . . . . 4
¡¡1.2 relative strength of four fundamental forces . . . . . . 4
¡¡1.3 range of the three basic forces . . . . . . . . . . . . . . 5
¡¡1.4 classi_cation of matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
¡¡1.5 strong color charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
¡¡1.6 fundamental role of \charges" in the uni_cation of forces 10
¡¡1.7 strong quark-quark force . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
¡¡1.8 grand uni_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
¡¡1.9 units and notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
¡¡1.10 problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
¡¡1.11 references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2. scattering and particle interaction 23
¡¡2.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
¡¡2.2 kinematics of a scattering process . . . . . . . . . . . . . 26
¡¡2.3 interaction picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
¡¡2.4 scattering matrix (s-matrix) . . . . . . . . . . . . . . . . 32
¡¡2.5 phase space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
¡¡2.6 examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
¡¡¡¡2.6.1 two-body scattering . . . . . . . . . . . . . . . . 39
¡¡¡¡2.6.2 three-body decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
¡¡2.7 electromagnetic interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
¡¡2.8 weak interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
¡¡2.9 hadronic cross-section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
¡¡2.10 problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
¡¡2.11 references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3. space-time symmetries 59
¡¡3.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
¡¡¡¡3.1.1 rotation and so(3) group . . . . . . . . . . . . . 60
¡¡¡¡3.1.2 translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
¡¡¡¡3.1.3 lorentz group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
¡¡3.2 invariance principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
¡¡¡¡3.2.1 u continuous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
¡¡¡¡3.2.2 u is discrete (e.g. space reection) . . . . . . . . 66
¡¡3.3 parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
¡¡3.4 intrinsic parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
¡¡¡¡3.4.1 intrinsic parity of pion . . . . . . . . . . . . . . . 70
¡¡3.5 parity constraints on s-matrix for hadronic reactions . . 71
¡¡¡¡3.5.1 scattering of spin 0 particles on spin 12 particles 71
¡¡¡¡3.5.2 decay of a spin 0+ particle into three spinlessparticles each having odd parity . . . . . . . . . 72
¡¡3.6 time reversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
¡¡¡¡3.6.1 unitarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
¡¡¡¡3.6.2 reciprocity relation . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
¡¡3.7 applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
¡¡¡¡3.7.1 detailed balance principle . . . . . . . . . . . . . 76
¡¡3.8 unitarity constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
¡¡¡¡3.8.1 two-particle partial wave unitarity . . . . . . . . 79
¡¡3.9 problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
¡¡3.10 references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4. internal symmetries 91
¡¡4.1 selection rules and globally conserved quantum numbers 91
¡¡4.2 isospin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
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